XX ғасырдың басындағы Ресейдегі революциялар және олардың Қазақстанға әсері

КІРІСПЕ

 

          Зерттеу жұмысының өзектілігі.  Энергетиканы дамыту қай елде болса да негізгі фактор болып табылады, ол елдің экономикасының өркендеуіне ықпал етеді. Сондықтан, Қазақстанның өндірістерін жаңғыртылатын энергия көздерімен энергия өндіріп қамтамасыз ету, Оңтүстік аймақ бойынша ең тиімді өзекті мәселе .

        Бұны шешудің жолы, табиғи қайраттық  ресурстар қоры жеткілікті болу  керек.

         Қайраттықтың даму болашағы кейінгі  жылдарда қайрат көзін пайдалануда  дәлелденді.

         Күн және жел қайратын нақты энергетикалық қондырғыларда қолдануын жетілдіру және зерттеу ХХ ғасырдың екінші жартысынан бастап жалғасуда. Қазіргі таңда гелиоқайраттық қондырғылардың арқасында көптеген қиыншылықтар шешілді. Соған қарамастан, күн және жел қайраттық қондырғылардың өнеркәсіп және ауылшаруашылығы үшін мүмкіншілігі шектеулі болып отыр, яғни әлі де шешілменген мәселелер көптігін көрсетеді.

        Бұл қиындықтар табиғи климаттық  факторлармен және қайрат ағынының  жер бетінде өтетін жел тьғыздығымен  байланысты. Күн сәулесінің аз тығыздық ағыны қондырғының жасау шығынын өсіреді.

        Күн сәулесінің ағынының тығыздығы  және үзілуі қажетті қайрат  түрлендіру жинағышын, сонымен  қатар, дәстүрлі электр қайрат  көзінің қосымша қолданылуын  өсіреді. Сондықтан, бүгінгі таңда күн қайраттық қондырғылардың өнеркәсіптік тығыздығы қиын және қымбат  тұратын техникалық құралын, тек жинағыш батарея мен апатты электр      қайраткөзіне, мысалы дизель-генератор басқасы ұсынады.

        Қазақстанның Оңтүстік аумағында  күннің жарқырау ұзақтығы жетерлікті үлкен екенін орнату мүмкін болады 3100 сағатқа дейін жетеді, сонымен бірге 2800-3100 сағат аралығында 1900,5 мың км квадрат немесе 70% кун жарқырауы бақыланады.Ашық күндерде 81-160 күні бұлтты , төмен бұлттануы 181-220 және 240 дейін күндерде өседі, бұл республика аймағының 3/2 бөлігін құрайды.

        Бірақта, гелиотехникалық регионалды  шарт енгізу құралы климаттық  факторларға ғана шектелмейді.  Олардың болашақты енгізу нысанасымен  қолдану сфераның сапалық сипаттамасына  тәуелді.(тұщыландыру, өсімдікті сәулелендіру, ыстық сумен қамдану)

        Күншуақтың жоғарғы нәтижеләк  түрлендіру қайраты электрлікке  түлі фотоэлектрлік түрлендіргіштермен  қолданылуы актуалды одан әрі  іздеудің техникалық шешіміне  тікелей байланысты.

         Күншуақты фотоэлектрлік қондырғыны жасау (ФҚҚЖ) жартылай өткізгіштік фототүрлендіргіштер мен  олардың    негізгі ұмытшақ түрлендіргіш модульдеріне, сонымен бірге  концентрленген күншуақ  сәулеленуінен тұрады.Бұдан шығатын қорытынды ЕҚК=25% болатын кремний фототүрлендіргіштер мен ЕҚК=35%  болатын арсенидті- галий пайда болуын көрсетеді. КЭ-нің кәзіргі кездегі автоиатты электронды техникасын қолдану технологиясы КЭ-нің жоғарғы сериясы мен ЕҚК=14-18% құрайтын қуаттылығы 1 ВТ бағасы 3-4 доллар тұратын модулін алуға болады.Бұл факт қазіргі таңда күн қайраттылығының өркендегенін көрсетеді.

       Электрэнергетикада  қазіргі таңда КЭ әртүрлі типтерінің  ортасынан монокристалды кремний  күн элементі қолданыста 

        Кремний табиғатта кең таралған  химиялық элемент, ол күн элементінің эффективтілігін жоғарлатады.(ЕҚК=18-19% )Сондықтан, кремнийді қай жағынан болса да жер бетіндегі фотогенераторлы фотоэлектрлік  күн қайраты  түрлендіргіштер үшін  болашақты материал днп санауымызға болады.

         Сол себептен  КЭ пайда болу  тарихына және монокристалды кремний негізінде қазіргі кездегі өркендеуін қарастырамыз. Жоғары эффективті кремнийлі  КЭ негізінен р-п типті материалдан р-п жолынан төмен орынға өтуінің дамуы. Егер бірінші үлгіде КЭ 7-10 мкм құраса, онда жаңашыл  КЭ 0,1 ден 0,15 мкм құрайды.

          Кіші орыннан өту ионды лигерлеу  техникасы мен өткізгіштегі термиялық   жанасудың арқасында шешіледі. Р-п  типінің тура орналасуы КЭ-нің  жақсы көрсеткіштерін ашуға мүмкіндік  береді.

           Ал, параллельді  орналасуы   КЭ-нің ЭҚК жоғарылатып, үлкен ток алуға болады.

           КЭ-нің оптикалық және фотоэлектрлік  сипаттамасының жақсаруы легирлі  және базалы қатпарда КЭ-ні  таратушы өрісті тудырады.

          КЭ-нің спектрлі  сезімталдығын  жаксарту үшін өріс моделінің  қатары өңделген.Сезімталдығы екі жақтыдан күн энергиясы қарапайым (біржақты күн энергиясы ) өндірісінен күрделі емес, бірақ  базалық қабаттың қажеттілік  тереңдігінің азаюы немесе көбірек жоғары омдыққа ауысуы және жоғары сапалы кремний бірінші жағдайдан алынған КЭ-нің жұмысын қиындатады және екінші  жағдайда құрылысын қымбаттатады.

       Соңғы  уақытта зерттеушілердің  маңызды  көзқарастары және жаңа  КЭ-н  өңдеу ыстық климаттық шарттарға  кажет жоғарғы нәтежие алу  үшін фотовольттық қоспалы нәтежиені  пвйдалану мүмкіндіктерінің зерттеуіне әсер етеді.

        Бұл нәтежиенің маңыздылығы, сонымен  бірге, күн қайратынан жасалған  жартылай өткізгіштің терең қоспалы  тепе-теңдіктер жарық сіңіру әсерінің  жоғарлауы мүмкін және қоспа  орталығында ток жинау коэффицентінің  есебінде КЭ ЭҚК-ң өсуіне әкеп соғады.

        Күн қайратының фотоэлектрлік  ауданында өзгеруі басқа перспективалық  бағыттамалар біздің көзқарасымызша  заряд тұтынушылардың гиганттық  уақыты пайдалануы болып табылады.  Келтірілген мысалдардан жаңа  кремнийлік күн энергиясының  тәсілдері.

КЭ және ФЭУ мінездемелерінің жақсартылған климаттық факторлардың есебінен қажетті іздеу болып  табылады

 

Зерттеу жұмысының  ғылыми жаңалығы.  Дербес тұтынушыларды дәстүрлі емес энергия көздерімен мен қамтамасыз етудің жолдары ғылыми техникалық жағынан иновациялық бағыт болып табылады. Дипломдық жобада    энергетикалық кешенінің   әдістемелік есептемелері мен оны құрайтын қондырғылардың жұмыс істеу тәртіптері қарастырылды. Қолданылған     әдістің сенімділігі, бағалылығы математикалық үлгімен аныќталды.

          Зерттеу жұмысының теориялық  және практикалық маңызы.

Дербес тұтынушыларды  дәстүрлі емес энергия көздерімен мен  қамтамасыз ететін фотоэлектрлік жүйенің теориялық және энергетикалық  кешенің   жұмыс істеу тәртібінің, оның   физика-энергетикалық көрсеткіштерін зерттейтін математикалық үлгісі жасалынды

Бұл зерттеу жұмысының  нєтижесі бойынша болашақта салынатын жаңа энергия көздеріне негізделген фотоэлектрлік стансасының (ФЭС) техникалық көрсеткіштерін анықтауға  болады.

Зерттеу жұмысының  мақсаты. ФЭС электр стансасының энергетикалық қуатын, техникалық көрсеткіштерін анықтау, олардың өз ара байланыстығын және қондырғының жұмыс істеу тәртібі мен  электрлік   сұлбасын  жасау болып табылады.

Зерттеу жұмысының  міндеттері. Дипломдық жұмысты жоспарлау кезінде зерттеу жұмысына мынадай міндет жіктелді:  дербес тұтынушыларды дәстүрлі емес энергия көздерімен  қамтамасыз етудің жолдарын қарастыру,  энергетикалық қондырғының жұмыс моделін құру, станциясының қуаттылығын , энергетикалық көрсеткіштерінің есептік зерттеу алгоритмін құру, стансасының электрлік сұлбасын және   элементтерін таңдау.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Энергияның жаңа түрлерін пайдаланудың жолдарына сараптама және оған негізделген қондырғылардың түрлері

 

 

1.1 Күн  қондырғыларымен  электр және жылу энергиясына түрлендіру жолдары

 

        Қазақстанның оңтүстік аймағындағы   дербес тұтынушыларды дәстүрлі емес энергия көздерімен мен қамтамасыз етудің жолдарын қарастыруды талап етеді.  Сонымен қатар энергетикалық кешенінің   әдістемелік есептемелері мен оны құрайтын қондырғылардың жұмыс істеу тәртіптері қарастырыу және қолданылатын әдістің  математикалық үлгісін жасау қажетілігі туындап отыр. Болашақта өндірісті өркендетудегі шаралар және жоғарғы дәрежедегі энергетикалық қуаттылықты арттыру  энергия өндіретін кешендердің   қайратына байланысты. Бірақта, гелиотехникалық регионалды  шарт енгізу құралы климаттық факторларға ғана шектелмейді. Олардың болашақты енгізу нысанасымен қолдану сфераның сапалық сипаттамасына тәуелді(тұщыландыру, өсімдікті сәулелендіру, ыстық сумен қамдану).

Күншуақтың жоғарғы  нәтижеләк түрлендіру қайраты электрлікке  түлі фотоэлектрлік түрлендіргіштермен қолданылуы өзекті одан әрі іздеудің техникалық шешіміне тікелей байланысты.

Күншуақты фотоэлектрлік  қондырғыны жасау (ФҚҚЖ) жартылай өткізгіштік фототүрлендіргіштер мен  олардың    негізгі түрлендіргіш модульдеріне, сонымен бірге  концентрленген күншуақ  сәулеленуінен қатысты.

Электрэнергетикада қазіргі таңда КЭ әртүрлі типтерінің ортасынан монокристалды кремний күн элементі қолданыста [15].

Кремний табиғатта кең таралған химиялық элемент, ол күн элементінің эффективтілігін жоғарлатады ПӘК-19%. Сондықтан, кремнийді қай жағынан болса да жер бетіндегі фотогенераторлы фотоэлектрлік  күн қайраты  түрлендіргіштер үшін  болашақты материал днп санауымызға болады.

Сол себептен  КЭ пайда  болу тарихына және монокристалды кремний  негізінде қазіргі кездегі өркендеуін қарастырамыз. Жоғары эффективті кремнийлі  КЭ негізінен р-п типті материалдан  р-п жолынан төмен орынға өтуінің  дамуы. Егер бірінші үлгіде КЭ 7-10 мкм құраса, онда жаңашыл КЭ 0,1 ден 0,15 мкм құрайды[16].

Кіші орыннан өту  ионды лигерлеу техникасы мен  өткізгіштегі термиялық  жанасудың  арқасында шешіледі. Р-п типінің  тура орналасуы КЭ-нің жақсы көрсеткіштерін ашуға мүмкіндік береді.

          Сондықтан, бүгінгі таңда күн қайраттық қондырғылардың өнеркәсіптік қолданысы қазірге қиын және қымбат  тұратын техникалық құрал.

Қазақстанның Оңтүстік аумағында күннің жарқырау ұзақтығы жетерлікті үлкен екенін орнату мүмкін болады 3100 сағатқа дейін жетеді, сонымен бірге 2800-3100 сағат аралығында 1900,5 мың км квадрат немесе 70% кун жарқырауы бақыланады. Ашық күндерде 81-160 күні бұлтты,төмен бұлттануы 181-220 және 240 дейін күндерде өседі, бұл республика аймағының 3/2 бөлігін құрайды[13].

Қазіргі уақытта зерттеушілердің  маңызды көзқарастары және жаңа  КЭ-н өңдеу ыстық климаттық шарттарға кажет жоғарғы нәтежие алу үшін фотовольттық қоспалы нәтежиені пайдалану мүмкіндіктерінің зерттеуіне әсер етеді.

Бұл жұмыстың маңыздылығы, сонымен бірге, күн қайратынан жасалған  жартылай өткізгіштің терең қоспалы тепе-теңдіктер жарық сіңіру әсерінің жоғарлауы мүмкін және қоспа орталығында ток жинау коэффицентінің есебінде КЭ ЭҚК-ң өсуіне әкеп соғады.

Фотоэлектрді қолданудың мүмкіндіктері туралы оқып білудің  үлкен жұмыс көлемі АҚШ, Франция, ФРГ және Жапонияда жүргізілуде. Қазіргі уақытта радилорелейлі және трансформаторлы шағын станциялар, навигатциалы аппаратуралар, байланыс жүйелеріндегі автономды көздерінің қоректенуі үшін салыстырмалы қолданылатын қуаты аса үлкен емес фотоэлектрлік қондырғыларды тапты.

Күн батарилерін өндіру көлемі жылына орташа 50% өсуде.

Әлемде  жылы қуаты 15,3 МВт болатын күн батареялары өндіріледі,  болашақта олардың шығарылуы 200 МВт дейін көтерілуін қарастырды, ал 2000 жылы 1000 МВт дейін.

СНГ-да 150 ден аса қуаты 1 кВт тан болатын кремнилі элементі бар фотоэлектрлік қондырғылар жасалды, ПӘК 7-8% құрады, және эксплуатацияға қуаты 10 кВт бірінші сынау фотоэлектрлік станциясы Ашхабатқа енгізілді.

 Фотоэлектірлік қондырғылардың  эксплуатациялау сынамасы олардың жоғары сенімділігі және аз эксплуатациялық шығындарда көрсетті. Күнді бақылау жүйелерімен жабдықталған, қуаты бірнеше мегаватт болатын КФЭС-лар бір қатар мемлекеттеде салынып тіпті эксплуатациялануда қуаты 100 мВт дейінгі аса ірі станциялардың жобалары өнделген,бірақ құрылысы жоғары құндылығы себебіненжүзеге аспауда.

ПӘК 15% ФТ қолданылса, КФЭС потенциялды шекті қуаты 100-150 мВт 1км² мен бағаланады. Ал болашақты ФТ қолданғанды ПӘЕ 25%-200-250 мВТ 1км² болады[1].

Шоғырланудың әр түрлі- параболондты, параболоцилиндр,Френель линзасы және т.б тиіптеріне зеріктеулер мен талдаулар жүргізілді. Шоғырлауы бар жүйелерде ФТ қалыпты ыстықтығы қамтамасыз етумен және қарқынды жылу ағынының қарсылық білдіру қажеттілігімен қиындықтар бар КФЭС макетті сынақтары аса рентабельді Френельдің шынылы сызықты линзалар модульдердің негізінде қуаты 250-500 Вт болатын станцияны жасау мүмкіндігін көрсетті[6].

Қазақстанның оңтүстік аймағындағы   дербес тұтынушыларды дәстүрлі емес энергия көздерімен мен қамтамасыз етудің жолдарын қарастыруды талап етеді.  Сонымен қатар энергетикалық кешенінің   әдістемелік есептемелері мен оны құрайтын қондырғылардың жұмыс істеу тәртіптері қарастырыу және қолданылатын әдістің  математикалық үлгісін жасау қажетілігі туындап отыр.

         Және де қондырғылардың энергетикалық көрсеткіштерінің есептік зерттеу алгоритмін құру, стансасының электрлік сұлбасын және   элементтерін таңдау қажет.

Бұл зерттеу жұмысының  нєтижесі бойынша болашақта салынатын жаңа энергия көздеріне негізделген электр стансасының техникалық көрсеткіштерін анықтауға болады.

 

 

1.2 Оңтүстік аймақтарындағы  күн радияциясының  қорлары, оған әсер ететін факторлар

 

 Дүниежүзінің көптеген  елдерінде (соның ішінде дамыған  және атомдық энергиясы бар)  жаңашандырылған энергия көздеріне  (ЖЭК) көптеп назар аударады, соның ішінде күннің, желдің, өзендердің  энергиясын пайдалану мүмкіндіктері қарастырылуда. ЖЭК  табиғатта табиғи күйде болғандықтан, экологиялық проблемаларға әкеп соқтырмайды және өзінің қайта жаңару күші нәтижесінде сарқылмайтын болып табылады. Бірақ, қазіргі уақытта түрлі нысаналарды энергиямен қамту үшін ЖЭК пайдалану белгілі бір дәрежеде қиынға соғып отыр.